新型CVT传动系统在HEV中的应用研究

唐文正 林师正

摘 要：随着新能源汽車技术的发展，动力传动装置与HEV的动力性和燃料经济性有着密不可分的关系。无级变速器（CVT）有着速比可连续调整的特性，它能使内燃机、电机和整个动力传动系统长期处于最佳运行状态，提高能量传递效率，降低车辆能耗，增加车辆行驶里程。论文通过对自动变速器换挡实验得出自动变速器的换挡规律，并和无级变速器比较，从实验得出无级变速器相较与自动变速器在换挡平稳方面的优势。及CVT变速器在混合动力汽车方面的优势以及发展前景。

关键词：无级变速器；混合动力汽车；传动比；自动变速器

1引言

21世纪能源危机日益严重，油价也在节节攀升，节约能源减少排放排已经成为汽车发展的一个关键的地方。与此同时，各种自动变速器也在发展和冲击着传统的手动变速器，传动行业也进入了一个新的时代。 CVT真正实现了无级变速，这能在许多的地方改善汽车的性能，不仅为节约能源做出了贡献，而且最主要的是司机们也能有更加好的驾驶体验。2014年，中国汽车工业协会和中国变速器协会就国内变速箱的研发方向达成了共识。必须优先发展AMT以及CVT。同时开发双离合器自动变速器，合理生产液压机械自动变速器[1]。只有这样才能提高我国汽车产业的全球竞争力，发展壮大国产汽车行业，填补我国高速大扭矩无级变速器领域的空白[2]。

2 CVT无级变速器的结构特点

（1）电控系统

无级变速器变速箱电控系统主要包括控制单元、传感器、继电器和执行器（电磁阀）等部件。电控系统的作用是实现CVT变速箱传动比的自动变化，控制器根据各种节气门位置传感器、输入轴的传感器、输出轴的传感器和液压力传感器等知道的汽车速度、加速度和换挡控制的各种信号，通过执行器（电磁阀）控制离合器以及主、从动带轮伺服液压缸的压力，从而使主动锥盘进行轴向运动，从而改变主、从动带轮的工作半径以实现自动变速。

（2）液压控制系统

液压控制系统包括油泵部分、主阀体、控制阀、液力变矩器和制动器等部件。一般油泵会被固定在发动机的飞轮上，主阀体被固定在飞轮的壳体上，控制阀根据实际要求安装在控制单元旁边或与油泵安装在一起，而液力变矩器和制动器则与变速箱输入轴接在一起，能够起到离合器的作用，并且能够传递转矩，可在车辆达到一定行驶速度时锁止，以提高输出效率。液压控制系统的作用主要有：控制离合器和制动器的分离与结合；调节离合器的工作压力；控制主、从动带轮活动面的接触压力；对离合器进行冷却；为润滑系统提供油液限制并调节油液压力，从而保护机件同时提高油泵工作效率[3]。

（3）传动系统

传动系统主要由输入轴总成、带轮总成、中间轴总成和差速器总成所组成。输入轴总成主要包括输入轴、前进挡离合器、倒挡离合器和行星轮系等部件；带轮总成主要包括金属带、主从动带轮轴、可移动主动带轮锥盘以及可移动从动带轮锥盘等部件；中间轴总成主要包括中间轴和主减速器主动齿轮等部件；差速器总成主要包括差速器、主减速器从动齿轮和行星齿轮组等部件。传动系统的作用是借助一系列传动装置实现发动机到车轮动力和转矩的传递，在此基础上，速比调节装置即带轮总成通过在多种不同传动比之间连续调整，自动选择出最佳传动比，最终使发动机始终处于高效工作范围之内。

（4）润滑系统

CVT 变速箱内部通常会使用多种方式来进行润滑，通常离合器部分和制动器部分采用的是喷射润滑方式，而其余部分则采用的是喷溅润滑方式。润滑系统的作用是将润滑油输送到传动部件的摩擦表面，能够在表面形成一种保护零件的油膜，能够使零件之间的摩擦大幅降低、减少功率消耗以及提高零件的使用时间，以提高变速箱工作的可靠性和耐久性。

3 CVT变速箱的换档特性分析

传动系统的档位与汽车的动力性和经济性有着非常密切的关系。相对于功率，传动比越多，发动机在最大功率附近的功率就越高，从而使发动机的备用功率变得更高，提高了汽车的加速度和爬升能力。对经济性来说，传动系统的传动比越多，发动机在低油耗区工作的可能性就越大，可以显著降低油耗。而由于CVT的档位在一定范围内可以无限变化，理论上来讲无级变速器可以始终在发动机的最佳动力性点或者最低燃油消耗点工作，所以说无级变速器在提高汽车动力性和燃油经济性方面有着很大的优势[4]。

根据无级变速器在换档的平顺性方面的优势，通过理论分析档位对于换档平顺的影响。其换档过程中车速与发动机转速的特性曲线如图1所示。驾驶员用1档起步汽车，随着发动机转速的逐渐提高，车速也不断提高。当发动机转速到达n2时，驾驶员换档，假设车速不变，那发动机转速就得降到n1才能换档成功。如果档位越多，n1点就会越接近于n2，当档位无限多时，发动机转速几乎可以不改变就可以完成换档工作，那换挡过程自然更加平顺无冲击。

4 CVT变速箱在HEV中各换档试验分析

试验选用01N型CVT自动变速器在各档位进行换档的平顺性进行试验，首先启动发动机，操纵换档机构将档位换至一档，然后缓慢的调节发动机的转速，同时观察输出装置的转速，从仪表盘中读出车速并且记录。用同样的方式依次记录2档，R档以及D档的车速与发动机转速。实验过程中必须时刻注意，由于电动机震动过大，必须要小心，而且发动机转速不能调的过大，不然容易发生危险；实验过程通过设定各档，并将数据记录，通过对数据的整理，得出CVT变速器在HEV上车速-发动机转速变化曲线 ，其特征曲线如图2所示。

5 结论

通过以上实验结果可以看出自动变速器由于档位之间的传动比有着明显的差别，所以在换档的时候会有较明显的车速变化，会给驾驶员的乘坐带来不好的体验，严重时还会有明显的换档顿挫感，车速变化不平缓，也会对变速器有较大的冲击。而无级变速器（CVT）可以在范围内无限的不间断的改变传动系统的传动比，能在发动机转速增加的同时，不间断的换挡以达到换挡加速的目的。混合动力汽车在很长一段时间里都会是汽车工业发展的主要部分，而且由于电机的特点是可以比较平缓且准确的调节转速，所以CVT变速器在HEV汽车的应用上有更好的发展。

参考文献：

[1] 吴光强，孙贤安.汽车无级变速器技术和应用的发展综述[J]. 同济大学学报（自然科学版），2009，37（12）： 1642-1647.

[2] 浦前帅. 新型滚销链式无级变速传动系统啮合机理及动力学特性研究[D].吉林大学，2013.

[3] 孙龙林，何仁. 汽车无级变速（CVT）技术的发展概况与未来趋势.江苏理工大学，2001.

[4] 叶光键，陈奇，陈方清，史韦意.无级变速器在轿车中的应用与发展动向.汽车科技.2011，05：07-11.

作者简介：

唐文正，男（1976.10.07出生），汉族，海南儋州人，本科，讲师，研究方向：汽车新技术。